深层坑渗灌条件下灌水器布置形式及葡萄根系吸水研究-刘阳.docx

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1、 分类号 UDC 密级 学号 1308281025 硕士学位论文 深层坑渗灌条件下灌水器布置形式及葡萄根系吸水研究 刘阳 学 H 程 农 且 3 年 6 1 2 门名教日科科导请学学指申 独 创 性 声 明 本人所呈交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知， 除特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的间志对本 文的研究工作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。 论 文 作 者 签 名 ： 年 月 曰 学位论文使用授权 本人作为学位论文作者了解并愿意遵守学校有关保留、使用学位论

2、文的规定，即： 在导师指导下创作完成的学位论文的知识产权归西安理工大学所有，本人今后在使用 或发表该论文涉及的研究内容时，会注明西安理工大学。西安理工大学拥有学位论文的 如下使用权，包括：学校可以保存学位论文；可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文；可以査阅或借阅。本人授权西安理工大学对学位论文全部内容编入公开的数据库 进行检索。本学位论文全部或部分内容的公布（包括刊登）授权西安理工大学研究生院 办理。 经过学校保密办公室确定密级的涉密学位论文，按照相关保密规定执行；需要进行 技术保密的学位论文，按照西安理工大学学位论文技术保密申请表内容进行保密（附 西安理工大学学位论文技术保密申请表 ）

3、 。 保密的学位论文在解密后，适用本授权。 II _ _ 论文题目：深层坑渗灌条件下灌水器布置形式及葡萄根系吸水研宄 学科专业：农业水土工程 研 宄 生 ： 刘 阳 指导教师：张建丰教授 摘 水资源的极度紧缺已经成为限制我国农业可持续发展的一个重要原因。在极端干旱的 吐哈盆地地区，此问题尤为严重。一个原因为吐哈盆地地区自身水资源占有量相对较低， 其中农业用水占总用水量的 94%,而葡萄用水量要占农业用水量的 58.85%:另一个重要 原因为新型节水灌溉方式并不适合该地区葡萄的种植 ,而传统沟灌却浪费了本己经紧缺的 水资源。深层坑渗灌是在总结先进节水技术基础上，提出的适合该地区葡萄种植的新型节

4、水技术，本文结合国家自然科学基金 极端干旱区葡萄深层坑渗灌灌溉机理研宄 课题来探 宄深层坑渗灌溉条件下成龄葡萄树根系分布规律及吸水模型 ,为吐哈盆地地区葡萄田间管 理提供了科学依据。通过连续监测土壤含水率、棵间表土蒸发量、日气象数据等数据，在 此基础上采用改进 Feddes模型对葡萄根系吸水进行模拟并对其准确性进行了验证。同时 本文也研宄了灌水器不同布置 形式下葡萄的生理性状差异，并结合室内、大田单灌水器入 渗试验给出最优灌水器布置形式。主要研宄成果如下： (1)采用 TRIME-PICOIPH 土壤水分测定仪连续监测的土壤含水率显示，表层土壤 含水率较低，灌水前后变化较小；随着土层深度的增加

5、，土壤含水量呈现先增加后减小的 趋势。 (3) 采用 TRIME-P丨 COIPH 土壤水分测定仪监测单灌水器灌水条件下土壤含水率变 化，结果显示：单灌水器入渗有效影响范围 25cm,灌水后 24h 土壤含水率达到 20%。 (3) 采用多元线性回归的方法建立了叶片蒸腾速率与各气象因子的线性回归方程。 (4) 采用挖掘法测定了深层坑渗灌条件下成龄葡萄根系的分布规律，结果显示，葡 萄树根系在水平径向呈现距树干距离增加先增加后减小的规律，在垂向呈现距土壤表层距 离增加而减小的规律。葡萄树的吸 收根根 长密度一维径向分布符合三次多项式函数规律， 一维垂向分布符合 e指数函数规律，相关系数较高。 (5

6、) 根据葡萄吸收根根长密度、土壤含水率、蒸腾速率试验数据，采用改进 Feddes 模型建立了一维葡萄根系吸水模型，并使用田间实测数据对其进行了验证，结果显示，此 模型基本 能够反映葡萄根系实际的吸水情况，可用其计算深层坑渗灌条件下葡萄根系吸水。 (6) 根据 3种不同灌水器布置形式下葡萄的生理生长性状差异 ,结合土壤水分分布、 根系分布、单灌水器入渗试验，给出了吐哈盆地深层坑渗灌条件下成龄葡萄种植最优灌水 器布置形式。 关键词 ： 深层坑渗灌；葡萄；根系吸水模型：最优灌水器布置 Abstract Title： STUDY ON EMITTERS ARRANGEMENT AND WATER UP

7、TAKE OF GRAPE TREE AT DEEP-PIT IRRIGATION CONDITION Major： Agricultural Water and Soil Engineering The extreme shortage of water resources has become a critical limit for the sustainable development of agriculture in China, and which is particularly acute in Turpan-Hami basin, the extreme arid areas

8、 in China. One reason for the serious shortage in this area is relatively poor water resources, the agricultural water accounted for total water is 94%, and grape water use to accounting for 58.85% of the water for agriculture; another important reason for the new water-saving irrigation methods is

9、not suitable for the regions grape planting, and traditional furrow irrigation waste the water resources already scarce. Deep-pit irrigation is a new water-saving technology suitable for grape growing in the area on the summary of the advanced water-saving technology.This paper combined with the Nat

10、ional Natural Science Fund “The mechanism research of grapes under deep-pit infiltration irrigation condition in extremely dry areas“ to explore the grape tree root distribution law and water uptake model under deep-pit infiltration irrigation, so as to provide the scientific basis for the area of T

11、uha basin grape field management. The improved Feddes model was used to simulate the root water uptake and its accuracy was verified on the basis of the soil water content rate, the soil evaporation, the daily meteorological data and other data through continuous monitoring. At the same time, this p

12、aper also studied the grapes physiological shape differences under the different arrangement of emitters, combing with indoor and field single emitter tests to give the most optimal irrigation arrangement. The main research results are as follows: (1) The soil water content rate which was continuous

13、ly observed by TRIME-PICO IPH soil moisture determination instrument showed that surface soil moisture content rate is low, and the change is small before and after the irrigation. Soil containing water showed a trend of first increase and then decrease with the increase of soil depth. (2) The soil

14、moisture changed under single emitter conditions was monited by TRIME-PICO IPH soil moisture measuring instrument. The results showed that single emitter Supervisors Prof. Jianfeng Zhang Abstract infiltration effect range 25cm, the soil moisture rate reached about 20% after 24h of irrigation. (3) A

15、linear leaf transpiration rate and the meteorological factors regression equation was builted by using multiple linear regression method (4) The mature grape tree root distribution under the deep-pit irrigation condition was researched by digging method. The grape roots in the horizontal direction s

16、howed first increased and then decreased with the distance from tree trunk increased. In the vertical the roots present decreased with the soil surface distance increased. The distribution of grap absorbing root length density one-dimensional horizontal accords with the law of the cubic polynomial f

17、unction, the one-dimensional vertical with the law of exponential function, the correlation coefficient is high. (5) According to the grape absorption of root length density, soil water content, transpiration rate test data, this paper use improved Feddes to model one-dimensional grape root water up

18、take model, and use the field measured data to validate and verify. The results showed that this model can basically reflect the water situation of grape root system practically and calculate the grape root water uptake under the deep-pit irrigation condition. (6) According to grapes physiological s

19、hape differences of three different arrangement of the emitters, combined with indoor and outdoor single emitter leakage test, this paper gave the most optimal irrigation arrangement for planting mature grape under deep pit infiltration irrigation in Turpan Hami basin. Keyword: deep-pit irrigation,

20、grape, root water uptake, optimal irrigation arrangement 目录 1“ 绪论 . 1 1.1研究背景意义 . 1 1.2国内外研究现状 . 2 1.2.1根系的研究方法 . 2 1.2.2吸水模型研究现状 . 3 1.2.3水分对葡萄生长影响的现状研宄 . 8 1.2.4不同节水灌溉条件下土壤水分运动研宄现状 . 9 1.2.5深层坑渗灌溉研宄进展 . 11 1.3研宄内容与方法 . 12 1.3.1本文研宄内容 . 12 1.3.2技术路线 . 13 2. . 试验地点与方法 . 15 2.1.试验地点 . 15 2.1.1哈密地区简介

21、. 15 2.1.2试验地简介 . 15 2.2研宄目的 . 16 2.3试验设计 . 16 2.3. 土壤 #数测定 . 17 2.3.1 土壤质地 . 17 2.3.2 土壤容重 . 18 2.3.3 土壤饱和含水量与田间持水量 . 18 2.3.4 土壤水分特征曲线 . 18 2.4田间管理与生长指标测定 . 20 2.4.1葡萄田间管理 . 20 2.4.2葡萄生长指标测定 . 22 2.5 土壤含水量测量 . 23 2.6植株蒸腾量测定 . 24 2.7 土臟发测量 . 24 2.8根系测量 . 25 2.8.1 取样 . 25 2.8.2 分析 . 25 2.8.3计算方法 . 2

22、6 3. 深层坑渗灌溉条件下气象因子监测及其与叶片蒸腾速率关系 . 27 3.1气象因子监测 . 27 3.2深层坑渗灌溉条件下叶片蒸腾速率与气象因子的关系 . 30 3.3小结 . 32 4. 土壤水分分布动态规律 . 33 4.1全生育期不同深度土层土壤含水率变化 . 33 4.2 土壤含水率垂直方向的变化规律 . 35 4.3 土壤含水率水平方向的变化规律 . 36 4.4单灌水器入渗土壤含水率随时间变化的分布 . 38 4.5小结 . 40 5. 成龄葡萄树根系分布研究 . 41 5.1水平根系分布 . 41 5.2垂直根系分布 . 42 5.3二维根系分布 . 45 5.4吸收根长密

23、度函数的建立 . 46 5.4.1吸收根长一维分布函数的建立 . 46 5.4.2吸收根长二维分布函数的建立 . 48 5.5葡萄根系分布范围三维可视化 . 48 5.6小结 . 49 6. 根系吸水模型的建立及验证 . 51 6.1建立吸收根长密度吸水模型 . 51 6.1.1模型选择 . 51 6.1.2参数确定 . 51 6.1.3模型建立 . 52 6.2模型验证 . 52 6.2.1验证原理 . 52 2 6.2.2 土壤水分运动基本方程 . 52 6.2.2方程离散化 . 53 6.2.3追赶法解三对角方程组 . 55 6.2.4数值模拟 . 56 6.3数值模拟结果及分析 . 5

24、8 6.4小结 . 59 7. 不同灌水器布置形式下葡萄生长性状研宄 . 61 7.1灌水器不同布置形式产量及综合品质 . 61 7.1.1叶耐只增长率 . 61 7.1.2气孔导度日变化规律 . 62 7.1.3蒸腾速率日变化规律 . 62 7.1.4光合速率日变化规律 . 63 7.1.5冠层孔隙度 . 64 7.1.6叶面积指数 . 65 7.1.7果穗长度 . 66 7.1.8 粒径 . 67 7.1.9含糖量 . 68 7.1.10经济产量 . 69 7.2深层坑渗灌节水效果分析 . 70 7.3灌水器最优布置设计 . 70 7.4小结 . 71 8. 结论与展望 . 73 8.1结

25、论 . 73 8.2展望 . 74 致谢 . 75 参考文献 . 77 附录 . 83 4 1“ 绪论 1.1研究背景意义 干旱缺水仍是当今世界面临的焦点问题之一。我国江河湖泊数量较多，水资源总量较 丰富，共计 2.8万亿立方米，但是人均水资源占有量仅有 2700立方米，只占世界人均水 平的 1/4,是世界上13个贫水国家之一 1。新疆地处内陆干旱地区， 荒漠绿洲、灌溉农 业 是该地区独有的特点。近年来，随着新疆地区经济迅速的发展、城市化水平不断的提 高，水资源的供需矛盾已经成了制约当地经济和社会发展的一个主要问题。而新疆地区农 业用水占总用水量的 94%，因此发展高效节水农业是突破新疆社会、

26、经济和环境可持续 发展瓶颈的有效方法。在水 资源相对更加匮乏的吐哈盆地采用先进的节水灌溉技术，实现 农业高效用水显得更为重要 2。 新疆凭借其独有的地理、土壤、气候优势，葡萄产业发展有着巨大的潜力，其规模与 品质一直处于全国领先水平。新疆是我国葡萄产量最大的省份，超过全国产量的 1/63。 据统计 4， 2013年新疆地区葡萄种植总面积达 144754hm2,占全疆水果种植总面积的 15.5%， 较 2011年增长 1.8%；其中无核葡萄的种植面积共计 48594 hm2， 占葡萄总种植面积的 33.6%。新疆地区葡萄产量达 2239257 t， 占全疆水果总产 量的 28.6%，其中，无核葡

27、萄总 产量 1144614t， 占葡萄总产量的 51.5%。吐哈盆地是新疆葡萄种植的第一大区，占全疆葡 萄总产量的 58.85%5。吐哈盆地的葡萄产业现已成为新疆的优势产业和主产区农民收入 的重要产业支柱 6，对促进新疆的农业产业结构调整，加快新疆经济社会的可持续发展， 实现边疆地区的繁荣稳定，加快全面建设小康社会的进程，实现中华民族伟大复兴梦有着 相当重要的意义 7。 吐哈地区属多种矿产聚集区，有巨大的发展潜力和开发条件，是新疆自治区发展新型 工业的重要战略基地。然而随着吐哈地区高速的发展，此区水资源的开发利用程度已经严 重超过其承载能力，每年超采地下水 4亿 m3,全区 70%的绿洲都处于

28、超采区。自上世纪 70年代以来，地下水位直线下降，每年降落幅度达到 0.5 1m， 个别地区累积降落深度已 达到 20m以上，导致大量的浅层机井报废，更新的机井抽水扬程已达近 100m， 农业生产 成本大幅增加。同时，由于地下水的超采，灌区周围的生态环境逐年退化，艾丁湖已基本 干涸，沙漠化和风沙危害日趋严重，水资源的短缺已经成为该地区社会经济和环境可持续 发展的 瓶颈 。 自 上世纪 80年代以来，吐哈地区也陆续建设了近万亩的葡萄等果树的滴灌工程，其 主要是引进了一些澳大利亚、以色列等国家的滴灌设备和技术模式。通过对运行的观察发 现，当葡萄处在幼树时期时，滴灌的灌水量基本可以满足果树的需水要求，但是在 5年左 右成龄果树挂果时，采用滴灌的葡萄树普遍存在黄叶、枯梢等缺水受旱的现象，且葡萄的